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时间:2019-03-01
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1、过程工程原理实验(乙)徐铖晋3100103919专业:控制自动化姓名:_徐铖晋学号:3100103919日期:2012.12.16地点:教十2210实验报告课程名称:过程工程原理实验(乙)指导老师:杨国成成绩:__________________实验名称:填料塔吸收操作及体积吸收系数测定同组学生姓名:_刘原、韩超、吴海青一实验目的:1.了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作。2.观察填料吸收塔的液泛显现,测定泛点空塔气速。3.测定填料层压降ΔP与空塔气速u的关系曲线。4.测定含氨空气—水系统的体积吸收系数KY
2、α。二实验装置:1.本实验装置的流程示意图见图1。主体设备是内径70毫米的吸收塔,塔内装10×9×1陶瓷拉西环填料。2.物系是(水—空气—氨气)。惰性气体空气由漩涡气泵提供,氨气由液氨钢瓶供应,吸收剂水采用自来水,它们的流量分别通过转子流量计测量。水葱塔顶喷淋至填料层与自下而上的含氨空气进行吸收过程,溶液由塔底经液封管流出塔外,塔底有液相取样口,经吸收后的尾气由塔顶排至室外,自塔顶引出适量尾气,用化学分析法对其进行组成分析。8填料塔吸收操作及体积吸收系数测定过程工程原理实验(乙)徐铖晋31001039191—
3、填料吸收塔2—旋涡气泵3—空气转子流量计4—液氨钢瓶5—氨气压力表6—氨气减压阀7—氨气稳压罐8—氨气转子流量计9—水转子流量计10—洗气瓶11—湿式流量计12—三通旋塞13、14、15、16—U型差压计17、18、19—温度计20—液位计图1填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验装置流程示意图三、基本原理(一)填料层压力降ΔP与空塔气速u的关系气体通过干填料层时(喷淋密度L=0),其压力降ΔP与空塔气速u如图2中直线A所示,此直线斜率约为1.8,与气体以湍流方式通过管道时ΔP与u的关系相仿。如图6可知,当气速
4、在L点以下时,在一定喷淋密度下,由于持液量增加而使空隙率减小,使得填料层的压降随之增加,又由于此时气体对液膜的流动无明显影响,在一定喷淋密度下,持液量不随气速变化,故其ΔP~u关系与干填料相仿。F图2在一定喷淋密度下,气速增大至一定程度时,随气速增大,液膜增厚,即出现“拦液状态”(如图2中L点以上),此时气体通过填料层的流动阻力剧增;若气速继续加大,喷淋液的下流严重受阻,使极具的液体从填料表面扩展到整个填料层空间,谓之“液泛状态”(如图2中F点,此时气体的流动阻力急剧增加。图2中F点即为泛点,与之相对应的气速
5、称为泛点气速。原料塔在液泛状态下操作,气液接触面积可达最大,其传质效率最高。但操作最不稳定,通常实际操作气速取泛点气速的60%~80%。塔内气体的流速以其体积流量与塔截面积之比来表示,称之为空塔气速u。(1)式中:u——空塔气速,m/sV’——塔内气体体积流量,m3/sΩ——塔截面积,m2。实验中气体流量由转子流量计测量。但由于实验测量条件与转子流量计标定条件不一定相同,故转子流量计的读数值必须进行校正,校正方法详见附录四。填料层压降ΔP直接可由U型压差计读取,再根据式(1)求得空塔气速u,便可得到一系列ΔP
6、~u8填料塔吸收操作及体积吸收系数测定过程工程原理实验(乙)徐铖晋3100103919值,标绘在双对数坐标纸上,即可得到ΔP~u关系曲线。(二)体积吸收系数KYα的测定1.相平衡常数m对相平衡关系遵循亨利定律的物系(一般指低浓度气体),气液平衡关系式为:(2)相平衡常数m与系统总压P和亨利系数E的关系如下:(3)式中:E——亨利系数,Pa;P——系统总压(实验中取塔内平均压力),Pa。亨利系数E与温度T的关系为:(4)式中:T——液相温度(实验中取塔底液相温度),K。根据实验中所测的塔顶表压及塔顶塔底压差ΔP
7、,即可求得塔内平均压力P。根据实验中所测的塔底液相温度T,利用式(3)、(4)便可求得相平衡常数m。2.体积吸收系数KYα体积吸收系数KYα是反映填料吸收塔性能的主要参数之一,其值也是设计填料塔的重要依据。本实验中属于低浓度气体吸收,近似取Y≈y,X≈x。吸收速率方程式为:则(5)式中:KYα——气相体积吸收系数,kmol/m3·h;α——单位体积填料层所提供的有效接触面积,m2/m3;GA——单位时间内NH3的吸收量,kmol/h;Ω——塔截面积,m2;h——填料层高度,m;ΔYm——吸收推动力,气相对数平
8、均浓度差。为求得KYα,需求取GA及ΔYm。(1)被吸收的NH3量GA,可由物料衡算求得:(6)式中:V——惰性气体空气的流量,kmol/h;L——吸收剂水的流量,kmol/h;Y1——进塔气相的组成,比摩尔分率,kmol(A)/kmol(B);Y2——出塔气相(尾气)的组成,比摩尔分率,kmol(A)/kmol(B);X1——出塔液相的组成,比摩尔分率,kmol(A)/kmol(B);X2——进塔
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